CC BY
15
УДК 622.271.5
Д.В.СМИРНОВ
Санкт-Петербургский государственн ый горный институт (технический университет)
ОБОСНОВАНИЕ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ АГРЕГАТА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРИДОННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ
В настоящее время в России не хватает марганцевой руды. Источником марганца могут являться залежи железомарганцевых конкреций Балтийского моря. Создано несколько конструкций для разработки ресурсов морского дна, но они имеют ряд недостатков. Разработан новый агрегат с промежуточными приводами для разработки придонных месторождений Балтийского моря.
Currently Russia experiences a significant shortage of manganese ores. Deposits of ferro-manganese nodules of the Baltic Sea can be used as a source of manganese. Several designs of equipment to develop resources at the sea-bottom have been created, but all of them have a number of disadvantages. An innovative unit with intermediate drives to mine bed deposits of the Baltic Sea has been developed with these disadvantages taken into account.
Преимущества месторождения железо-марганцевых конкреций (ЖМК) Балтийского моря - малая удаленность от берега и, как следствие, от крупного промышленного города Санкт-Петербурга, малая глубина залегания (до 100 м). Плотность залегания конкреций до 30 кг/м2, месторождения ЖМК рассыпные горизонтальные, углы падения до 2,5-3,0 град, без покрывающих пород.
Форма конкреций весьма разнообразна: овальная, лепешковидная, шаровидная, поч-кообразная и коркообразная. Средняя плотность конкреции составляет 2,4 г/см3. Состав ЖМК следующий: марганец - 25 %; железо - 14; никель - 1,9; кобальт - 0,4; медь - 0,5. Конкреции содержат и некоторые редкоземельные металлы. Например, таллия в них в 50-100 раз больше, чем в известных наземных месторождениях.
Данные по Балтийскому морю: содержание Мп02 от 16 до 53 %, в среднем 34 %; размеры кусков от 1-2 до 30 мм; мощность слоя от 3 до 50 см (преобладающее значение 10-30 см); содержание конкреций в слое 60-80 %; минимальная плотность конкреций по площади 15-20 кг/м , максимальная 40-50 кг/м2, средняя 30 кг/м2 [1].
Существует множество конструкций придонных агрегатов для добычи полезных ископаемых со дна морей. Рассмотрим некоторые из них.
Драга состоит из судна обеспечения, цепи с ковшами, цепного привода. Недостатком данного агрегата является низкая производительность, связанная с малой наполняемостью ковшей [2].
Скреперная драга-волокуша состоит из судна обеспечения, баржи для отвоза добытого полезного ископаемого, короба для сбора полезного ископаемого, тягового троса. Недостатками данного агрегата являются: тяжелая конструкция, сильное нарушение экологии дна, извлечение большого объема пустой породы, цикличность работ [1].
Землесос состоит из понтона, клюзов для подводного вывода тросов, грунтового насоса, лебедки подъема всасывающего грунтопровода, привода грунтового насоса, погружного грунтового насоса, гидравлического разрыхлителя, всасывающего грунто-приемника. Недостатками данного агрегата являются: большая замутненность в зоне работы; зависимость от погодных условий и, как следствие, от плавсредств; сложность конструкции [2].
3 4 5
Рис.1. Конструктивная схема придонного добычного комплекса
1 - канат для спуска-подъема добычной транспортной системы; 2 - судно обеспечения; 3 - лента; 4 - несущая труба; 5 - баржа; 6 - добытые ЖМК; 7 - промежуточный привод; 8 - ковш; 9 - железомарганцевые конкреции; 10 - дно; 11 - придонный шагающий агрегат; 12 - опорный стол
4000
А
тт
шг
Рис.2. Промежуточный привод
1 - отжимное устройство;2 - электродвигатель; 3 - насос; 4 - ковш; 5 - рама; 6 - штырь;
7 - транспортирующая лента; 8 - устройство для создания разряжения между лентами;
9 - тяговая лента; 10 - редуктор; 11 - муфта;
12 - приводная звездочка
Предложенная конструкция (рис.1) позволяет преодолеть недостатки агрегатов. Она может быть создана на основе шагающей машины [3]. В качестве рабочего и транспортирующего органа принята лента с
ковшами нулевой плавучести. Для увеличения тягового усилия используются промежуточные приводы. Они расположены на трубе 4, которая при необходимости может удлиняться для установки бПльшего количества приводов при работе на бПльших глубинах и имеет шарнирное соединение с судном для спуска-подъема.
Промежуточный привод (рис.2) имеет устройство для создания разряжения 8 между тяговой 9 и транспортирующей 7 лентами. В качестве транспортирующей ленты представлена конвейерная лента с присоединенными к ней ковшами. Тяговая лента имеет специальную конструкцию, помимо отверстий, из которых откачивается вода для создания разряжения, имеются вставные штыри 6, которые входят в зацепление с приводной звездочкой 12, создавая тем самым необходимое тяговое усилие.
Достоинствами данного агрегата являются: легкость конструкции; упрощение конструкции судна и придонного агрегата; большое тяговое усилие; возможность работы на больших глубинах.
Результат укрупненного расчета параметров механизма представлен ниже:
Количество приводов м
4гр, кг/м Q, т/ч ^шах; КН F, кН
1
1,32/1,70 490/381 881,8/686,6 148,7/148,7 146,7/146,7
2
3
0,85/1,09 0,61/0,78 767/597 1068/832
1365,3/1063,1 1923,9/1498 102,6/102,6 79,4/79,4 100,6/100,6 77,4/77,4
Примечание. 5разр - разрывное усилие ленты, кН;
Vp = 1500 кН -
в числителе; S^j, = 1200 кН - в знаме-
нателе; 1к - расстояние между ковшами, м; дгр - удельный вес груза, кг/м; Q - производительность, кг/ч; Sшax - максимальное тяговое усилие, кН; F - необходимое тяговое усилие промежуточного привода, кН.
Производительность системы:
V
Q = 3600рЕкКн
1к
где 1к - расстояние между ковшами, м.
Коэффициент запаса прочности
тф = Яразр/ Smax > [тф].
В расчете были приняты резинотросо-вые ленты РТЛ-1500 и РТЛ-1200 с разрывным усилием 1500 и 1200 кН соответственно.
1
2
6
198 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.167. Часть 2
Максимальное натяжение ленты:
¿шах = ¿шах-1 + Ьппё[(Я + Чл + Чк^С0Ф + ^ПР] ,
где чл и чк равно нулю, так как в данном случае используется лента с нулевой плавучестью.
Усилие промежуточного привода
F = ^шах - ^0.
Длина промежуточного привода г _ Ь - Ьи п
пп _ Л '
П + 1
где Ь - длина участка подъема, м; Ьп - длина привода, м; п - число приводов.
При одном приводе Ьпп = 48 м; при двух приводах Ьпп = 30,7 м; при трех приводах Ьпп = 22 м.
На основе выбора параметров допустимого коэффициента запаса прочности тф = 7 и разрывного усилия £разр = 1500 кН (или 1200 кН), были построены графики зависимости производительности от расстояния между промежуточными приводами Q = /(Ьпп) (рис.3).
В настоящее время ведется более детальный расчет конструкции и ее параметров, но уже можно сказать, что рациональ-
Q, т/ч
2000 -
1800 -
1600 -
1400 -
1200 -
1000 -
800 -600
0
25 1
30
35 40 -□— 2
45 Ьп
Рис.3. График зависимости производительности от расстояния промежуточного привода 1 - £разр = 1500 кН; 2 - £разр = 1200 кН
нее использовать конструкцию данного агрегата для добычи полезных ископаемых с больших глубин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Добрецов В.Б. Основные вопросы освоения минеральных ресурсов мирового океана / В.Б.Добрецов, В.А.Рогалев; МАНЭБ. СПб, 2003.
2. Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа. Л.: Судостроение, 1983.
3. Тимофеев И.П. Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна / ЛГИ. Л., 1987.
Научный руководитель д.т.н. проф. Д.А.Юнгмейстер
м
